Yo no sabía que Alberto Fernández-Nieves (Instituto Técnico de Georgia, Atlanta, EEUU) fuera andaluz hasta que Luis F. Rull ‏(@LuisFRull) me lo comentó en Twitter. Alberto hizo su tesis doctoral en la Univ. de Granada en 2000 y su último artículo en PNAS merece la pena. Inspirado en el proceso de fabricación de los churros (que se fabrican inyectando una masa a base de harina de trigo en aceite muy caliente formando una espiral, que luego se corta a trozos para ser servido como desayuno o merianda), junto a varios colegas, ha fabricado gotas de cristales líquidos nemáticos con forma toroidal, es decir, con forma de dónut (por cierto, que a mí no me gustan nada de nada desde que visité y olí la fábrica de Panrico que había en Málaga). Más aún, varias gotas en forma toroidal se pueden unir entre sí formando una gota con un número de Betti mayor de uno (en topología este número mide el número de agujeros de una superficie compacta). Las gotas tienen un tamaño milimétrico y por ahora no tienen una aplicación práctica específica, pero permiten estudiar muchas propiedades de los fluidos bajo topologías no triviales. Más información en John Toon, «Liquid Doughnuts: Soft Matter Offers New Approaches to Studying How Ordered Materials Arrange Themselves Inside Non-spherical Spaces,» Georgia Tech, Research News, 21 May 2013, y en «Soft Matter Offers New Ways to Study How Materials Arrange,» ScienceDaily, May 21, 2013. El artículo técnico es Ekapop Pairam et al., «Stable nematic droplets with handles,» PNAS 110: 9295-9300, June 4, 2013 [arXiv:1212.1771]. Por cierto, en diciembre de 2012 este artículo me llamó la atención porque yo he codirigido una tesis doctoral sobre la óptica no lineal en cristales líquidos nemáticos.

Las gotas de un líquido tienen forma esférica para que su área superficial sea mínima y con ella la energía asociada a su tensión superficial. Alberto Fernández-Nieves, autor principal del artículo, cuyos primeros autores son sus estudiantes Ekapop Pairam (predoctoral) y Jayalakshmi Vallamkondu (postdoctoral), imitó el proceso de fabricación de los churros utilizando dos líquidos inmiscibles, tales como glicerina o agua y aceite. Una aguja inyecta la glicerina en un recipiente en rotación que contiene aceite. En ciertas condiciones el chorro se cierra en forma de toroide, pero la gota de glicerina es inestable y pierde muy rápido su forma de dónut conforme actúa la tensión superficial; al final, la gota se convierte en una bolita esférica. ¿Cómo se puede evitar esta inestabilidad? Para mantener la forma toroidal, Fernández-Nieves y sus colegas han utilizado un material polimérico elástico (un cristal líquido nemático) en lugar de aceite; este material proporciona esfuerzos superficiales (tensión de fluencia) en la gota que compensan la fuerza de la tensión superficial. Estamos acostumbrados a ver que un líquido adopta la forma de su recipiente, sin embargo, en las gotas de Fernández-Nieves la forma natural de las gotas es una superficie en forma de dónut o de varios dónuts unidos entre sí. Realmente, la física de fluidos aún nos reserva muchísimas sorpresas.